8-900-374-94-44
Лучший литиевый аккумулятор 18650
Цилиндрическая литий-ионная батарея
Лучшее руководство по литиево-ионной батарее
Лучшее руководство по LiPo батареям
Лучшее руководство по батарее Lifepo4
Руководство по литиевой батарее 12 В
Литий-ионный аккумулятор 48 В
Лучшая литий-ионная батарея 26650
May 06, 2019 Вид страницы：503
Литий-ионный аккумулятор — это наиболее распространенный тип аккумулятора, который используется почти во всех электрических перезаряжаемых устройствах.
Примеры таких устройств включают мобильные телефоны, планшеты, ноутбуки, заряжаемые вентиляторы, лампы и так далее. Батарея, впервые предложенная в 1970-х годах, в настоящее время широко используется в коммерческой, бытовой и военной технике. Самым заметным преимуществом литий-ионной батареи является то, что она позволяет людям заряжать батарею, тем самым экономя ресурсы, а также деньги потребителей, поскольку им не нужно воспроизводить и повторно покупать батареи.
Наиболее распространенный способ подзарядки литий-ионного аккумулятора — использование обычного зарядного устройства с кабелем, которое заряжает аккумулятор через устройство, в которое он установлен. Однако есть также способы, позволяющие заряжать литий-ионный аккумулятор без зарядного устройства.
Как зарядить литий-ионный аккумулятор без зарядного устройства?
Хотя ионно-литиевые батареи очень полезны, просты в использовании и перезаряжаются, их все же необходимо использовать с осторожностью, поскольку они также могут быть очень опасными при неправильном обращении или использовании.
Одна из ошибок, которые люди обычно совершают с литий-ионными батареями, заключается в том, что они пытаются зарядить батарею с помощью разных зарядных устройств, если они потеряли исходное или они могут пытаться зарядить батарею быстрее, используя более мощные зарядные устройства. Однако следует отметить, что это может быть чрезвычайно вредным для аккумуляторов, а также для места, где они заряжаются, поскольку существует потенциальная опасность возгорания вследствие короткого замыкания.
Поэтому, если вы потеряли зарядное устройство, которое можно использовать с литий-ионным аккумулятором, попробуйте зарядить аккумулятор без него. Есть несколько способов сделать это.
1. Во-первых, используйте обычные батареи AA или AAA для зарядки литий-ионной батареи, используемой с вашей техникой. Для этого вам потребуются батарейки AA или AAA, пара небольших проводов и изолента. Чтобы зарядить аккумулятор, необходимо выполнить следующие действия:
• Во-первых, вам необходимо извлечь аккумулятор для зарядки из вашего устройства, потому что невозможно зарядить аккумулятор с помощью этого метода, пока он находится в устройстве.
• Теперь вы должны присоединить провода к батареям AA с одного конца и к батарее, которую необходимо зарядить, с другого конца. Убедитесь, что вы правильно определили положительные и отрицательные стороны батарей, потому что, если это не так, все ваши усилия будут напрасны. Кроме того, вы должны использовать изоленту, чтобы надлежащим образом прикрепить провода к батареям, иначе было бы опасно находиться рядом с зоной зарядки батарей.
• Работа сделана, аккумулятор должен заряжаться.
2. Вы, наверное, слышали о трюке для зарядки аккумуляторов. Ну а если нет, то вот оно! Во-первых, вам нужно будет снять литий-ионный аккумулятор с вашего устройства и потереть аккумулятор обеими руками в течение примерно 30-45 секунд.
3. Другой способ зарядить литий-ионный аккумулятор без зарядного устройства — использовать цепь зарядки. Цепь зарядки может быть очень легко построена у вас дома. Схема может заряжать обычную батарею мобильного телефона 3,7 В от источника питания 5 В постоянного тока. В схеме используются несколько проводов, ИС, микрочип (MCP73831) и электрические ленты. Однако это больше похоже на создание зарядного устройства дома, а не на его покупку. Этот метод не очень рекомендуется, если вы не являетесь экспертом в области электромонтажных работ, потому что даже один провод здесь и там, и вы подвергнете опасности свою батарею, свое окружение и даже свою жизнь в крайних случаях.
Советы по зарядке литий-ионных аккумуляторов
Первый и, пожалуй, самый важный из советов — никогда не заряжать аккумулятор за ночь.
Возможно, вам захочется сэкономить время утром или ночью, подключив аккумулятор к зарядному устройству на всю ночь, чтобы к утру он был заряжен на 100%. Однако это приносит больше вреда, чем пользы; Батареи, хотя и оснащены устройством, которое перестает принимать приток энергии при полном заряде, повреждаются при перезарядке. Некоторые обычные последствия — это вздутие аккумулятора, взрыв, пожар и серьезное повреждение аккумулятора в течение длительного времени.
Хорошо, если вы сохраните заряд литий-ионного аккумулятора от 40% до 80%; это помогает продлить срок службы батареи. Поэтому вам следует воздержаться от разряда аккумулятора до 0%, а затем от зарядки до 100%. Продолжительные часы зарядки также вызывают повышение температуры аккумулятора, поэтому меньшее время зарядки также поможет вам решить эту проблему.
Еще один совет — не подвергайте литий-ионные батареи воздействию экстремальных температур. Температура от 20 до 25 градусов по Цельсию — лучшая температура для аккумулятора.
Поэтому не храните аккумуляторы в машине, когда на улице жарко.
Литий-ионный аккумулятор заряжается в первый раз
Литий-ионные батареи намного усовершенствованы и безопаснее, чем батареи более старых технологий, такие как никель-кадмиевые. Эти новые литий-ионные аккумуляторы не заряжаются по-разному, будь то первая зарядка или сотая зарядка. Такие вещи, как «не использовать во время зарядки», «полностью разрядить перед зарядкой» и «заряжать нечасто» не относятся к этим батареям. Таким образом, вы можете зарядить его и в первый раз нормально.
Схема конструкции аккумулятора 11,1 В, 6600 мАч портативного сверхзвукового диагностического набора B
Схема резервного питания 7,4 В 10 Ач медицинского инфузионного насоса
Решения для литий-ионных аккумуляторов AGV 25,6 В, 38,4 Ач
СхемаЭто простое зарядное устройство для литий-ионных аккумуляторов, а так же и литий-полимерных аккумуляторов построено на широко известном линейном стабилизаторе LM317.
Процесс заряда показан на графике ниже. В первый момент процесса зарядки ток заряда постоянен, при достижении целевого уровня напряжения (Umax) на аккумуляторе, зарядное устройство переходит в режим, когда напряжение остается постоянным, а ток асимптотически стремится к нулю.
Выходное напряжение литий-ионных и литий-полимерных аккумуляторов, как правило, составляет 4,2В (для некоторых типов 4,1 В). Обычно, выходное напряжение не совпадает с номинальным напряжением которое составляет 3,7В (иногда 3,6В).
Не рекомендуется заряжать данный тип аккумуляторов до полных 4,2В, так как это уменьшает срок службы аккумулятора. Если уменьшить выходное напряжение до 4,1В, емкость падает на 10%, но в тоже время срок службы (количество циклов) увеличится почти в два раза.
Как уже было сказано, зарядка построена на стабилизаторе LM317. Li-Ion и Li-Pol довольно требовательны к точности зарядного напряжения. Если вы хотите, произвести заряд до полного напряжения (обычно 4,2В), то необходимо выставить это напряжение с точностью плюс/минус 1%. После зарядки до 90% емкости (4,1В), точность может быть немного меньше (около 3%).
Схема с применением LM317 обеспечивает достаточно точную стабилизацию напряжения. Целевое напряжение устанавливается потенциометром R2. Стабилизация тока не столь критична, как стабилизация напряжения, поэтому достаточно, стабилизировать его с помощью шунтирующего резистора Rx и NPN транзистора (VT1).
Если падение напряжения на резисторе Rx достигает примерно 0,95В, то транзистор начинает открываться. Это уменьшает напряжение на контакте «Общий» стабилизатора Lm317 и тем самым стабилизируется ток.
Необходимый ток зарядки для конкретного литий-ионного (Li-Ion) и литий-полимерного (Li-Pol) аккумулятора выбирается путем изменения сопротивления Rx.
Сопротивление Rx приблизительно соответствует следующему отношению: 0,95/Imax. Указанное на схеме значение резистора Rx соответствует току в 200мА.
Входное напряжение питания зарядного устройства должно находиться в диапазоне от 9 до 24 вольт. Превышение данного уровня увеличивает потери мощности в цепи LM317, снижение — нарушит правильную работу (нужно пересчитывать падение напряжения на шунте и минимальное напряжения на контакте «Общий»). Транзистор VT1 можно заменить на BC237, KC507, C945 или отечественный КТ3102.
Стабилизатор LM317 необходимо разместить на радиаторе. Зарядное устройство устойчиво к короткому замыканию на выходе. Стабилизатор в худшем случае (короткое замыкание) рассеивает потери мощности: P = U х I макс. Максимально допустимая потеря LM317 в корпусе TO220 составляет 20 ватт.
Тестер транзисторов / ESR-метр / генератор
Многофункциональный прибор для проверки транзисторов, диодов, тиристоров…
Подробнее
Блок питания 0…30В/3A
Набор для сборки регулируемого блока питания.
..
Подробнее
Отправить сообщение об ошибке.
Схема литий-ионной батареиЯ буду говорить о конфигурациях ячеек с одной серией (1sXp) по простой причине – конфигурации с несколькими сериями я не считаю тем, с чем я много работал. Одни только конфигурации с одной серией приведут к довольно обширному описанию, но для тех, кто разбирается в обращении с LiIon, я приглашаю вас поделиться своими советами, хитростями и наблюдениями в разделе комментариев — в прошлый раз мы подняли немало интересных моментов. !
Существует множество способов зарядить аккумуляторы, которые вы только что добавили в свое устройство, — в вашем распоряжении широкий выбор микросхем для зарядных устройств и других решений.
Я хотел бы сосредоточиться на одном конкретном модуле, о котором я считаю важным, чтобы вы знали больше.
Вы, вероятно, видели повсюду синие платы TP4056 — они дешевы, и вы в одном заказе на Aliexpress, а дюжина плат обойдется всего в несколько долларов. TP4056 — это микросхема зарядного устройства LiIon, способная заряжать ваши аккумуляторы со скоростью до 1 А. Многие платы TP4056 имеют встроенную схему защиты, что означает, что такая плата также может защитить ваш LiIon-аккумулятор от внешнего мира. Эту плату можно рассматривать как модуль; вот уже более полувека площадь печатной платы остается неизменной до такой степени, что вы можете добавить плату TP4056 на свои собственные печатные платы, если вам нужна зарядка и защита LiIon. Я часто так делаю — это намного проще и даже дешевле, чем паять TP4056 и все его вспомогательные компоненты. Вот посадочное место KiCad, если вы тоже хотите это сделать.
Это микросхема линейного зарядного устройства — если вам нужен 1 А на выходе, вам нужен 1 А на входе, а разница входного и выходного напряжения, умноженная на ток, преобразуется в тепло.
К счастью, модули TP4056 достаточно хорошо выдерживают высокие температуры, и вы можете добавить радиатор, если хотите. Максимальный зарядный ток устанавливается резистором между землей и одним из контактов, резистор по умолчанию равен 1,2 кОм, что дает ток 1 А; для ячеек малой емкости вы можете заменить его резистором 10 кОм, чтобы установить предел 130 мА, и вы можете найти в Интернете таблицы для промежуточных значений.
В микросхеме TP4056 есть кое-что интересное, о чем большинство людей не знают, если используют модули как есть. Контакт CE микросхемы жестко подключен к VIN 5 В, но если вы поднимете этот контакт, вы можете использовать его для отключения и включения зарядки с помощью входа логического уровня от вашего MCU. Вы можете отслеживать зарядный ток, подключив АЦП вашего микроконтроллера к выводу PROG — тому же выводу, который используется для резистора установки тока. Также имеется контакт термистора, обычно подключаемый к земле, но адаптируемый для широкого спектра термисторов с помощью резистивного делителя, будь то термистор, прикрепленный к вашей сумке, или тот, который вы добавили извне к своему держателю 18650.
С TP4056 тоже есть проблемы — это довольно простая микросхема. Эффективность не является обязательным условием при наличии настенного питания, но TP4056 действительно тратит приличную часть энергии в виде тепла. Модуль на основе импульсного зарядного устройства позволяет избежать этого и часто также позволяет заряжать более высокими токами, если это необходимо. Подключение ячейки в обратном порядке убивает микросхему, а также схему защиты — эту ошибку легко сделать, я делал это много, поэтому вам нужны запасные части. Если вы перепутаете контакты ячейки, выбросьте плату — не заряжайте свои ячейки неисправной микросхемой.
Кроме того, учитывая популярность TP4056, копии этой ИС производятся несколькими поставщиками микросхем в Китае, и я заметил, что некоторые из этих копий ИС ломаются легче, чем другие, например, больше не заряжают ваши элементы — опять же , держите запасные. TP4056 также не имеет таймеров зарядки, как другие, более современные ИС — тема, которую мы затронули в разделе комментариев к первой статье.
В целом, эти модули мощные и достаточно универсальные. Их даже безопасно использовать для зарядки элементов питания 4,3 В, так как из-за работы CC/CV элемент просто не будет заряжаться на полную мощность, что продлевает срок службы вашего элемента в качестве побочного эффекта. Если вам нужно выйти за рамки таких модулей, вы можете использовать множество ИС — линейные зарядные устройства меньшего размера, импульсные зарядные устройства, зарядные устройства со встроенными функциями питания и / или регулятора постоянного тока, а также множество ИС, которые делают LiIon зарядка как побочный эффект. Мир микросхем LiIon для зарядных устройств огромен, и в нем гораздо больше, чем в TP4056, но TP4056 — прекрасная отправная точка.
Как и в случае с зарядными ИС, существует множество конструкций, и вам следует знать об одной — комбинации DW01 и 8205A. Он настолько распространен, что по крайней мере одно из ваших устройств, купленных в магазине, вероятно, содержит его, и модули TP4056 также поставляются с этим комбо.
DW01 — это микросхема, которая отслеживает напряжение вашего элемента и ток, поступающий на него и от него, а 8205A — это два N-FET в одном корпусе, помогающие с фактической частью «подключить-отключить аккумулятор». Дополнительный токоизмерительный резистор отсутствует — вместо этого DW01 отслеживает напряжение на переходе 8205A. Другими словами, те же полевые транзисторы, которые используются для отключения ячейки от внешнего мира в случае отказа, используются в качестве токоизмерительных резисторов. Этот дизайн дешев, распространен и творит чудеса.
DW01 защищает от перегрузки по току, переразряда и перезаряда — первые два случая довольно часто встречаются в хобби-проектах, а последний пригодится, если ваше зарядное устройство когда-нибудь выйдет из строя. Если что-то не так, он прерывает соединение между отрицательным выводом ячейки и GND вашей схемы, другими словами, он выполняет переключение по низкому полюсу — по простой причине полевые транзисторы, которые прерывают GND, дешевле и имеют меньшее сопротивление.
Мы также видели некоторые взломы, сделанные с этим чипом — например, мы рассмотрели исследования хакера, который выяснил, что DW01 можно использовать в качестве переключателя программного питания для вашей схемы — таким образом, который не ставит под угрозу безопасность. Вам нужно только подключить вывод GPIO вашего MCU к DW01, желательно через диод — этот комментарий описывает подход, который мне кажется довольно отказоустойчивым.
Когда вы впервые подключаете литий-ионный аккумулятор к комбинации DW01+8205A, иногда его выход активируется, а иногда нет. Например, если у вас есть держатель для 18650 и подключенная к нему схема защиты, вероятность того, что ваша схема включится, как только вы вставите батарею, составляет 50/50. Решение простое — либо внешнее зарядное подключить, либо закоротить OUT- и B- чем-нибудь металлическим (часто добавляю внешнюю кнопку), но с этим надоело разбираться. Так же, как и TP4056, комбинация DW01+8205A умирает, если вы подключаете батарею в обратном порядке.
Кроме того, DW01 имеет внутреннюю разводку для отсечки переразряда 2,5 В, что технически невозможно изменить. Если у вас нет отдельного программно-управляемого отключения, FS312 является совместимой по выводам заменой DW01 с точкой переразряда 3,0 В, что поможет вам продлить срок службы вашей батареи.
Вы можете купить партию готовых модулей схемы защиты или просто использовать схему защиты, размещенную на плате модуля TP4056. Вы также можете накопить приличный запас цепей защиты, вынимая их из одноэлементных батарей всякий раз, когда ячейка вздувается или умирает — будьте осторожны, чтобы не проколоть ячейку, пока вы это делаете, пожалуйста.
Для литий-ионного элемента на 4,2 В полезный диапазон напряжений составляет от 4,1 до 3,0 В — элемент на 4,2 В быстро падает до 4,1 В при подаче питания от него, а при 3,0 В или ниже, внутреннее сопротивление элемента обычно растет достаточно быстро, поэтому вы больше не будете получать много полезного тока из своего элемента.
Если вы хотите получить 1,8 В или 2,5 В, это не проблема, а если вы хотите получить 5 В, вам понадобится какой-нибудь повышающий регулятор. Тем не менее, большинство наших чипов по-прежнему работают при напряжении 3,3 В — давайте посмотрим, какие у нас есть варианты.
Когда дело доходит до регулирования LiIon с напряжением до 3,3 В, линейные стабилизаторы почти уступают импульсным стабилизаторам с точки зрения эффективности, часто имеют меньший ток покоя (без нагрузки), если вы хотите работать с низким энергопотреблением, и более низкий уровень шума, если вы хочу делать аналоговые вещи. Тем не менее, ваш обычный 1117 не подойдет — это старая и неэффективная конструкция, а 1117-33 начинает шлифовать свои шестерни примерно при 4,1 В. Вместо этого используйте совместимые по выводам замены с низким падением напряжения, такие как AP2111, AP2114 и BL9.110 или AP2112, MIC5219, MCP1700 и ME6211, если вы не против SOT23. Все эти линейные регуляторы удобно обеспечивают 3,3 В с входным напряжением до 3,5 В, а иногда даже 3,4 В, если вы хотите питать что-то вроде ESP32.
Трудно отрицать простоту использования линейного стабилизатора — достаточно одной микросхемы и нескольких конденсаторов.
Если вам нужен постоянный ток от 500 мА до 1000 мА или даже больше, вам лучше всего подойдет импульсный стабилизатор. Мой личный фаворит — PAM2306 — этот регулятор используется на Raspberry Pi Zero, он очень дешевый и доступный, и даже имеет две отдельные выходные шины. Учитывая его способность выполнять 100% рабочий цикл, он может выжать много сока из ваших ячеек, что часто желательно для проектов с более высокой мощностью, где время выполнения имеет значение. И эй, если вы получили Pi Zero с мертвым процессором, вы не ошибетесь, отрезав часть печатной платы и припаяв к ней несколько проводов. При проектировании собственной платы используйте рекомендации таблицы данных по параметрам катушки индуктивности, если весь процесс «выбора правильной катушки индуктивности» сбил вас с толку.
Итак, PAM2306 — это регулятор Pi Zero, и он также совместим с LiIon? Да, вы можете питать Pi Zero напрямую от литий-ионной батареи, так как все бортовые схемы работают до 3,3 В на контактах «5 В».
Я тщательно тестировал его на своих устройствах, и он работает даже с Pi Zero 2 W. В сочетании с этим питанием и зарядным устройством у вас есть полный пакет «Linux с питанием от батареи» со всей мощью Raspberry Pi. обеспечивает – по цене всего нескольких компонентов. Одна проблема, на которую следует обратить внимание, заключается в том, что порт MicroUSB VBUS будет иметь напряжение батареи — другими словами, вам лучше заполнить порты MicroUSB горячим клеем на случай, если кто-то подключит туда блок питания MicroUSB, и коснитесь контрольных точек данных USB для USB. подключение.
Теперь у вас есть зарядка, и у вас есть 3,3 В. Есть одна проблема, о которой я должен вам напомнить — пока вы заряжаете аккумулятор, вы не можете рисовать ток от него, так как зарядное устройство полагается на измерения тока для управления зарядкой; если вы путаете зарядное устройство с дополнительной нагрузкой, вы рискуете перезарядить аккумулятор. К счастью, поскольку у вас подключено зарядное устройство, у вас должно быть доступно 5 В.
Было бы здорово, если бы вы могли питать свои устройства от этого источника 5 В, когда он есть, и использовать аккумулятор, когда его нет! Мы обычно используем диоды для таких решений по питанию, но это приведет к дополнительному падению напряжения и потерям мощности при работе от батареи. К счастью, есть простая трехкомпонентная схема, которая работает намного лучше.
В этой цепи питания P-FET играет роль одного из диодов, а резистор открывает FET, когда зарядное устройство отсутствует. P-FET не имеет падения напряжения, но вместо этого имеет сопротивление в доли Ома, поэтому вы избегаете потерь, когда зарядное устройство не подключено. Как только зарядное устройство подключено, полевой транзистор закрывается, и зарядное устройство питает вашу схему через вместо него диод. Вам нужен P-FET логического уровня — IRLML6401, CJ2305, DMG2301LK или HX2301A подойдут, и есть тысячи других, которые будут работать. Что касается диода, то стандартный Шоттки типа 1N5819(SS14 для SMD) подойдет.
Это вездесущая схема, и она заслуживает своего места в наборе инструментов для схем.
Вы можете купить щиты и модули, которые содержат все эти части, а иногда и больше, на одной плате. Вы также можете купить микросхемы, которые содержат все или некоторые части этой схемы, часто улучшенные, и не беспокоиться о специфике. Однако эти ИС, как правило, более дорогие и гораздо более подвержены нехватке микросхем, чем решения на основе отдельных компонентов. Кроме того, когда возникают проблемы, понимание внутренней работы очень помогает. Таким образом, важно, чтобы основы были демистифицированы для вас, и вы не чувствуете себя вынужденным повторно использовать платы Powerbank в следующий раз, когда захотите сделать свое устройство портативным.
Следите за тем, что делают другие форумы. Часто вы будете видеть описанную выше схему зарядное устройство + регулятор + цепь питания, особенно когда речь идет о более дешевых платах с чипами, такими как ESP32. В других случаях вы увидите более сложные решения для управления питанием, такие как чипы Powerbank или PMIC. Иногда они будут работать лучше, чем простая схема, иногда наоборот. Например, некоторые платы TTGO с батарейным питанием используют чипы powerbank и чрезмерно усложняют схему, что приводит к странному поведению и неисправностям. С другой стороны, другая плата TTGO использует PMIC, который больше подходит для таких плат, что обеспечивает безупречную работу и даже детальный контроль управления питанием для пользователя.
Теперь вы знаете, что нужно для добавления входного разъема литий-ионного аккумулятора в ваш проект, и секреты плат, которые уже поставляются с ним. Это ни с чем не сравнимое чувство — взять с собой на прогулку проект микроконтроллера, когда вы проверяете свою концепцию.
Надеюсь, я немного приблизил вас к его переживанию.
В следующий раз я хотел бы поговорить об аккумуляторах с несколькими последовательными ячейками — BMS, балансировке и зарядке LiIon-аккумуляторов от разных источников. Это, однако, займет у меня много времени, чтобы подготовиться, так как я хотел бы сначала закончить несколько связанных проектов, и я рекомендую вам ознакомиться с нашим обзором, если вы хотите узнать об этом. А пока желаю вам удачи в создании ваших проектов на батарейках!
В современном мире электроники, который постоянно сокращается, существует постоянная потребность в использовании ионно-литиевых аккумуляторов в продуктах. При разработке безопасной и эффективной схемы аккумуляторов необходимо учитывать множество сложностей. Ранее я обсуждал некоторые аспекты безопасности/защиты конструкции литий-ионных аккумуляторов. Я еще не обсуждал схемы зарядных устройств для литий-ионных аккумуляторов.
В этой статье будут рассмотрены некоторые передовые методы распределения нагрузки цепей литий-ионных аккумуляторов.
То, что вы обнаружите, это почти все, что касается дизайна электроники, идеального решения не существует. Всегда нужно взвешивать все за и против конкретной схемы. Затем вы должны решить, что лучше всего подходит для вашего конкретного дизайна.
Для краткости мой пример схемы не будет функциональным, а предназначен только для отображения общего представления системы. Когда показана LI-ION CELL , предполагается, что в ячейку будут встроены все надлежащие схемы защиты.
При проектировании первой схемы зарядного устройства для ионно-литиевых аккумуляторов первое, что вы, скорее всего, почувствуете, как показано на рисунке ниже:
Рисунок 1. Часто простой и очевидный подход не т лучший метод. Параллельное подключение системной нагрузки к аккумулятору создает множество потенциальных проблем и опасностей.
Многие спецификации зарядных устройств для литий-ионных аккумуляторов фактически поощряют и предлагают именно эту схему.
Рис. 2. В техническом описании зарядной ИС Texas Instruments BQ24210 показана нагрузка, подключенная параллельно аккумулятору.
Хотя эта установка может работать в определенных сценариях, она не является хорошей идеей для большинства проектов. Причина проста: если выход вашего зарядного устройства напрямую подключен к аккумулятору
, и к остальной нагрузке системы, он не сможет определить ток, который проходит через аккумулятор. Эта проблема усугубляется, если ваша система потребляет достаточно большую нагрузку, чтобы начать провисание самой шины напряжения. Это может исказить весь алгоритм зарядки аккумулятора.
Основная проблема связана с последней частью алгоритма зарядки. Микросхема определяет ток заряда, чтобы знать, когда прекратить зарядку. Если системная нагрузка потребляет ток, зарядное устройство может никогда не выключиться, что приведет к повреждению аккумулятора.
В оставшейся части этой статьи будут рассмотрены три варианта, которые, хотя и сложнее в реализации, гораздо безопаснее и эффективнее.
Самая простая схема зарядного устройства для ионно-литиевых аккумуляторов — просто отключить выход системы во время зарядки. Это характерно для многих продуктов, с которыми вы сталкиваетесь в повседневной жизни. Это особенно верно для продуктов, которые потребляют много тока во время использования, таких как портативные пылесосы. Самый простой способ реализовать это — просто использовать полевой МОП-транзистор последовательно с батареей, подходящей к нагрузке вашей системы. Входной источник питания управляет затвором MOSFET. Когда вы подключаете источник питания, МОП-транзистор выключается, отключая системную нагрузку.
Рисунок 3: Простое усовершенствование стандартной «параллельной» схемы зарядки.
Поскольку нагрузка системы питается только тогда, когда она не заряжается, остальная часть конструкции системы упрощается.
Вам не нужно беспокоиться об управлении ситуациями по-разному в зависимости от того, какой источник питания вы используете в настоящее время.
Эта схема зарядного устройства для ионно-литиевых аккумуляторов очень похожа на предыдущую, но с двумя отличиями. Во-первых, вместо того, чтобы просто использовать MOSFET, вы также пропускаете входное питание нагрузки через диод. При последовательном подключении затвора полевого транзистора к входному источнику питания и диода (обычно Шоттки) нагрузка системы получает питание от входного источника питания во время зарядки.
Диод необходим для предотвращения обратного питания батареи от источника входного сигнала. Вы можете заменить диод идеальным диодом MOSFET, чтобы уменьшить падение напряжения.
Второе изменение заключается в добавлении дополнительного P MOSFET вплотную к другому. Это предотвращает прямую зарядку аккумулятора входным источником питания через диод в корпусе.
Рис. 4. Добавив диод Шоттки последовательно с входным блоком питания, вы позволяете системной нагрузке получать питание во время зарядки.
При использовании этого метода важно понимать ограничения источника питания.
Например:
Пока устройство не подключено к сети, нагрузка полностью питается от батареи, ограничений нет. Он способен полностью потреблять 500 мА. Подключив плату для зарядки, в режиме постоянного тока источник питания USB обеспечивает около 300 мА. Это означает, что для остальной части системы доступно только 200 мА. Внедрение надлежащей конструкции нисходящей системы необходимо для предотвращения повреждения источника питания.
Эта схема почти всегда требует подключения VUSB к системному микроконтроллеру. Таким образом, вы можете учитывать время, когда он заряжается, чтобы гарантировать отсутствие ситуаций перегрузки.
Еще один момент, который следует учитывать при использовании этого метода, заключается в том, что входное напряжение питания, вероятно, будет выше, чем напряжение батареи. Если вы используете повышающий преобразователь после аккумулятора для повышения напряжения одноэлементной литиевой батареи до 5 В и используете зарядное устройство на 5 В, тогда проблем не возникнет.
Если вместо этого ваша система просто работает напрямую от номинального напряжения 3,7 В от батареи, вы должны учитывать 5 В, которые система увидит при зарядке.
Окончательная схема зарядного устройства для ионно-литиевых аккумуляторов является наиболее совершенной, в ней используются преимущества предшествующего метода и устраняются основные недостатки. Существуют микросхемы для зарядки аккумуляторов производства Texas Instruments, Analog Devices и Maxim, которые имеют то, что они называют «управлением Power Path».
Рис. 5: BQ2403x от Texas Instruments является примером зарядной ИС с Power Path.
Они включают в себя тот же стиль переключателей MOSFET между аккумулятором и системной нагрузкой, что мы рассматривали ранее. Вместо того, чтобы просто отключать питание при зарядке, они используют DPPM (Dynamic Power-Path Management). Это означает, что при зарядке микросхема будет подавать питание на системную нагрузку от настенного источника питания, как и в моем примере 2. Если затем системная нагрузка потребляет больше, чем может обеспечить настенный источник питания, она переключается, позволяя аккумулятору работать. до разницы. Таким образом, ИС тракта питания может обеспечивать одинаковую мощность вне зависимости от того, заряжается он или нет.
Это упрощает конструкцию системы, так как вам не нужно беспокоиться об ограничениях по току между аккумулятором и источником зарядки. Пока батарея способна генерировать такой большой ток, микросхема справится с этим.
У них также есть много полезных функций, таких как мгновенная подача питания на системную нагрузку при зарядке, даже когда батарея глубоко разряжена. Одна вещь, о которой следует знать, это то, что большинство из них имеют встроенный в силиконовый МОП-транзистор. Вы должны быть уверены, что текущий предел для IC достаточно высок для вашего варианта использования. Есть некоторые, которые используют внешние МОП-транзисторы. Это позволяет выбирать мощные МОП-транзисторы.
При проектировании схемы с литий-ионным аккумулятором необходимо учитывать множество факторов. Часто упускается из виду то, как аккумулятор распределяет нагрузку с зарядным устройством.